RU2608114C1

RU2608114C1 - Annular parts geometrical parameters stabilization device

Info

Publication number: RU2608114C1
Application number: RU2015142865A
Authority: RU
Inventors: Альберт Викторович Королев; Андрей Федорович Балаев; Александр Сергеевич Яковишин
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2015-10-08
Publication date: 2017-01-13

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to annular parts rolling. Device comprises bed with two support and deforming rolls, processed part rotation mechanism and loading mechanism. Support rollers axes are rigidly mounted on bed. One support roller is connected with rotary drive. Deforming roller is arranged with possibility of its axis turning about fixed axis, fixed on bed with help of dynamometers. Loading mechanism is made in form of screw mechanism, made with possibility to press deforming roller to part with force, fixed by said dynamometers.

EFFECT: result is device simplified design and reduced processed part geometrical dimensions deviations.

1 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в подшипниковой промышленности для релаксации остаточных технологических напряжений и стабилизации размеров колец подшипников.The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in the bearing industry for relaxation of residual technological stresses and stabilization of sizes of bearing rings.

Известно устройство для стабилизации геометрических параметров деталей [авторское свидетельство SU №1682149]. В изобретении с целью повышения качества правки цилиндрических деталей предложено устройство с вмонтированным в его корпусе правящим роликом, радиус рабочего профиля которого меньше радиуса рабочего профиля опорного элемента, а касательная к рабочим профилям, обращенным к рабочей зоне, параллельна осям вращения правящего ролика и опорного элемента. При вращении детали в контакте с ее вогнутой поверхностью выступает правящий ролик, а с выпуклой - опорное кольцо. Так как они имеют различные конфигурации и радиусы рабочих профилей, степень пластической деформации при постоянном усилии на вогнутой и выпуклой поверхностях детали различны. В процессе вращения детали протекает процесс правки, который прекращается при достижении прямолинейности детали.A device is known for stabilizing the geometric parameters of parts [copyright certificate SU No. 1682149]. In order to improve the straightening quality of cylindrical parts, the invention proposes a device with a control roller mounted in its housing, the radius of the working profile of which is less than the radius of the working profile of the supporting element, and tangent to the working profiles facing the working area, parallel to the axis of rotation of the straightening roller and supporting element. When the part rotates in contact with its concave surface, the ruling roller protrudes, and with the convex surface, the support ring. Since they have different configurations and radii of the working profiles, the degree of plastic deformation with constant force on the concave and convex surfaces of the part is different. During the rotation of the part, the editing process proceeds, which stops when the straightness of the part is reached.

Однако в данном устройстве не предусмотрена возможность заклинивания одного из правящих роликов вследствие большой по величине осевой составляющей силы давления в зоне контакта. Другим недостатком устройства является отсутствие непосредственного контроля создаваемого усилия, косвенно устанавливаемого по величине смещения правящего ролика.However, this device does not provide for the possibility of jamming of one of the steering rollers due to the large axial component of the pressure force in the contact zone. Another disadvantage of the device is the lack of direct control of the generated force, indirectly set by the magnitude of the displacement of the ruling roller.

Известно также обкатное устройство [авторское свидетельство SU №422576]. В изобретении с целью стабилизации усилия деформирования в отверстие держателя помещена сменная упругая втулка, и устройство снабжено вторым держателем, расположенным оппозитно первому. Устройство может быть использовано на токарном станке, путем установки в резцедержавку, для обкатки наружной поверхности деталей цилиндрической формы.A rolling device is also known [copyright certificate SU No. 422576]. In the invention, in order to stabilize the deformation force, a replaceable elastic sleeve is placed in the holder hole, and the device is equipped with a second holder located opposite to the first. The device can be used on a lathe, by installing it in a tool holder, to break in the outer surface of cylindrical parts.

Недостатком данного устройства является отсутствие непосредственного контроля создаваемого усилия, которое регулируется путем установки пружинных втулок различной жесткости.The disadvantage of this device is the lack of direct control of the generated force, which is regulated by installing spring bushings of different stiffness.

Известно также устройство для правки геометрических параметров деталей [авторское свидетельство SU №1652015]. В изобретении правка цилиндрических деталей осуществляется путем вращения детали на опорных роликах и силового воздействия перпендикулярно оси вращения нажимным роликом, постоянно увеличивая прогиб изделия. С целью повышения качества правки, потребную для вращения мощность непрерывно измеряют, и при достижении амплитудной мощности 5-10% от ее максимального значения воздействие на изделие роликом прекращают. Конструкция устройства обладает жесткостью за счет рамной конфигурации, обеспечивающей силовое замыкание контакта обкатываемой детали и роликов.A device for editing the geometric parameters of parts is also known [copyright certificate SU No. 1652015]. In the invention, straightening of cylindrical parts is carried out by rotating the part on the support rollers and force acting perpendicular to the axis of rotation of the pressure roller, constantly increasing the deflection of the product. In order to improve the quality of dressing, the power required for rotation is continuously measured, and when the amplitude power reaches 5-10% of its maximum value, the effect on the product with the roller is stopped. The design of the device has rigidity due to the frame configuration, which provides power closure of the contact of the rolling part and the rollers.

Однако установка параметров наладки устройства на основе эмпирических данных и отсутствие оперативных средств контроля за процессом обкатки затрудняют обеспечение требуемого качества для высокоточных изделий, например колец подшипников, что является недостатком данного устройства.However, the installation of the device setup parameters based on empirical data and the lack of operational means for monitoring the running-in process make it difficult to ensure the required quality for high-precision products, such as bearing rings, which is a drawback of this device.

Известен также бесцентровый станок для обработки наружных цилиндрических деталей пластическим деформированием [авторское свидетельство SU №616118], содержащий станину, загрузочное устройство, два противоположно расположенных и установленных под углом друг к другу рабочих ролика, один из которых имеет заборный конус. Особенность данной конструкции состоит в том, что с целью обеспечения автоматической правки и подачи деталей, она снабжена закрепленным на станине вращающимся диском, ось которого смещена относительно оси симметрии рабочих роликов, и съемным правящим роликом, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль своей оси.Also known is a centerless machine for processing external cylindrical parts by plastic deformation [copyright certificate SU No. 616118], comprising a bed, a loading device, two working rollers oppositely located and set at an angle to each other, one of which has an intake cone. The peculiarity of this design is that in order to ensure automatic dressing and feeding of parts, it is equipped with a rotating disk fixed on the bed, the axis of which is offset from the axis of symmetry of the working rollers, and a removable ruling roller mounted with the possibility of reciprocating movement along its axis.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции и необходимость в использовании пневмопривода для создания рабочего усилия. Кроме того, в данном устройстве отсутствует возможности контроля прикладываемого усилия.The disadvantage of this device is the design complexity and the need to use a pneumatic actuator to create a working effort. In addition, this device lacks the ability to control the applied force.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому изобретению является устройство для стабилизации геометрических параметров кольцевых деталей (авторское свидетельство SU №683890), содержащее станину, на которой размещены рабочие ролики и механизм нагружения. Вращение детали осуществляется с помощью специального шпиндельного узла. Механизм нагружения выполнен в виде штока гидроцилиндра, несущего деформирующие ролики. Кроме того, устройство содержит механизм разгружения, выполненный в виде двух гидроцилиндров, несущих опорные ролики и связанных гидравлически с механизмом нагружения.The closest in technical essence and the achieved effect to the claimed invention is a device for stabilizing the geometric parameters of the ring parts (copyright certificate SU No. 683890), containing the frame, on which the working rollers and the loading mechanism. The rotation of the part is carried out using a special spindle assembly. The loading mechanism is made in the form of a rod of a hydraulic cylinder carrying deforming rollers. In addition, the device comprises an unloading mechanism made in the form of two hydraulic cylinders carrying support rollers and hydraulically connected to the loading mechanism.

Недостатком наиболее близкого аналога является сложность конструкции и управления из-за наличия сложной гидравлической системы, сложности регулировки положения опорных роликов относительно шпинделя станка, наличия массивной стойки для крепления силового гидроцилиндра. Другим недостатком является отсутствие средств оперативного контроля за действующей на обрабатываемую деталь нагрузкой.The disadvantage of the closest analogue is the complexity of the design and control due to the presence of a complex hydraulic system, the difficulty of adjusting the position of the support rollers relative to the machine spindle, the presence of a massive rack for attaching the power hydraulic cylinder. Another disadvantage is the lack of operational control over the load acting on the workpiece.

Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства при повышении стабильности размерной точности колец подшипников.The objective of the invention is to simplify the design of the device while increasing the stability of dimensional accuracy of the bearing rings.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для стабилизации геометрических параметров кольцевых деталей, содержащем станину с размещенными на ней опорными и деформирующим роликами, механизм вращения обрабатываемой детали и механизм нагружения, опорные и деформирующий ролики выполнены в виде трех валков, оси двух опорных валков установлены на станине неподвижно, при этом ведущий опорный валок соединен с приводом вращения, деформирующий валок установлен с возможностью поворота его оси вокруг неподвижной оси, закрепленной на станине с помощью динамометров, а в качестве механизма нагружения используется винтовой механизм, прижимающий деформирующий валок к изделию с силой, фиксируемой динамометрами.The problem is achieved in that in the device for stabilizing the geometric parameters of the ring parts, containing the frame with support and deformation rollers placed on it, the rotation mechanism of the workpiece and the loading mechanism, support and deformation rollers are made in the form of three rolls, the axes of two backup rolls are mounted on the bed is stationary, while the leading backup roll is connected to a rotation drive, the deformation roll is mounted with the possibility of rotation of its axis around a fixed axis, mounted on bed with the help of dynamometers, and a screw mechanism is used as the loading mechanism, pressing the deformation roller to the product with the force fixed by the dynamometers.

Техническим результатом является упрощение конструкции устройства, достигаемое заменой дорогостоящего гидропривода для создания усилия винтовым механизмом, и повышение стабильности геометрических параметров кольцевых деталей за счет использования схемы силового замыкания с практически равномерным расположением точек контакта и использования тензодатчиков для контроля величины усилия.The technical result is to simplify the design of the device, achieved by replacing an expensive hydraulic actuator to create a force with a screw mechanism, and increasing the stability of the geometric parameters of the ring parts through the use of a power short circuit with almost uniform contact points and the use of strain gauges to control the force.

Так как в предлагаемом устройстве используется простой винтовой механизм нагружения, деталь устанавливается непосредственно на деформирующие ролики, а деформирующие ролики имеют свой привод вращения, то отпадает необходимость в использовании шпинделя, сложной гидросистемы, отсутствует массивная стойка для крепления силового гидроцилиндра, отпадает необходимость центрирования опорных роликов относительно оси вращения детали, что существенно упрощает конструкцию и управление устройством. А так как один из валков выполнен с возможностью поворота его вокруг оси, закрепленной на станине с помощью динамометров, то это позволяет регулировать и контролировать силу воздействия валков на деталь, что повышает стабильность ее геометрических параметров.Since the proposed device uses a simple screw loading mechanism, the part is installed directly on the deforming rollers, and the deforming rollers have their own rotation drive, there is no need to use a spindle, complex hydraulic system, there is no massive rack for attaching a power hydraulic cylinder, there is no need to center the support rollers relative to the axis of rotation of the part, which greatly simplifies the design and control of the device. And since one of the rolls is made with the possibility of turning it around an axis fixed to the frame using dynamometers, this allows you to adjust and control the force of the rolls on the part, which increases the stability of its geometric parameters.

Сущность изобретения поясняется Фиг. 1-2, где на Фиг. 1 изображен вид устройства спереди, на Фиг. 2 изображен продольный разрез устройства с установленным кольцом и позициями 1-16 обозначены:The invention is illustrated in FIG. 1-2, where in FIG. 1 shows a front view of the device, in FIG. 2 shows a longitudinal section of a device with an installed ring and positions 1-16 are indicated:

1 - ведущий опорный валок1 - leading backup roll

2 - опорный валок2 - backup roll

3 - обрабатываемая деталь (в устройство не входит)3 - workpiece (not included in the device)

4 - деформирующий валок4 - deformation roll

5 - неподвижная ось5 - fixed axis

6 - динамометры6 - dynamometers

7 - пластины7 - plates

8 - Г-образные плиты8 - L-shaped plates

9 - пластина9 - plate

10 - пластины10 - plates

11 - регулируемый упор11 - adjustable emphasis

12 - планка12 - bar

13 - гайка-барашек13 - wing nut

14 - винт14 - screw

15 - гайка15 - nut

16 - поворотная планка16 - a rotary level

Устройство состоит из корпуса, представляющего собой две параллельно расположенные Г-образные плиты 8, соединенные пластинами 7 и 9. В плитах 8 на опорах качения (не показаны) установлены два опорных валка 1 и 2, на которые устанавливают обрабатываемую деталь 3. Третий деформирующий валок 4 в опорах качения (не показаны) закреплен на двух параллельных пластинах 10. С одного конца пластины 10 установлены на неподвижной оси 5, закрепленной с помощь двух симметрично установленных по краям оси 5 динамометрах 6 на пластине 9. С другого конца пластины 10 жестко соединены планкой 12, имеющей боковой паз, симметрично расположенный относительно пластин 10. Благодаря такой конструкции валок 4 имеет возможность поворачиваться вместе с пластинами 10 вокруг центра О неподвижной оси 5.The device consists of a housing, which consists of two parallel L-shaped plates 8 connected by plates 7 and 9. In the plates 8 on the rolling bearings (not shown), two backup rolls 1 and 2 are installed, on which the workpiece 3 is installed. Third deformation roller 4 in the rolling bearings (not shown) is mounted on two parallel plates 10. On one end of the plate 10 are mounted on a fixed axis 5, fixed with two dynamometers 6 symmetrically installed on the edges of the axis 5 on the plate 9. On the other end of the plate 10 tightly connected by a strip 12 having a lateral groove symmetrically located relative to the plates 10. Due to this design, the roll 4 is able to rotate with the plates 10 around the center O of the fixed axis 5.

Для регулировки положения обрабатываемой детали 3 в осевом направлении опорных валков 1, 2 и деформирующего валка 4 установлен регулируемый упор 11. Для создания радиального усилия опорных валков 1, 2 и деформирующего валка 4 на обрабатываемую деталь 3 служит механизм нагружения, состоящий из винта 14, закрепленного гайкой 15 на поворотной планке 16, и гайки-барашка 13. Поворотная планка 16 имеет возможность поворачиваться на оси (не показана), установленной параллельной осям опорных валков 1, 2 и деформирующего валка 4 на Г-образных плитах 8. Верхний конец винта 14 при повороте с поворотной планкой 16 имеет возможность устанавливаться в боковой паз планки 12.To adjust the position of the workpiece 3 in the axial direction of the support rolls 1, 2 and the deformation roll 4, an adjustable stop 11 is installed. To create the radial force of the support rolls 1, 2 and the deformation roll 4 on the workpiece 3, a loading mechanism is used, consisting of a screw 14, fixed nut 15 on the rotary plate 16, and the wing nut 13. The rotary plate 16 has the ability to rotate on an axis (not shown) installed parallel to the axes of the backup rolls 1, 2 and the deformation roller 4 on the L-shaped plates 8. Top to the end of the screw 14 when turning with a rotary strip 16 has the ability to be installed in the side groove of the strip 12.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Первоначально винт 14 с гайкой 13 и гайкой-барашком 15 находится в свободном положении. Пластины 10 вместе с деформирующим валком 4 поворачивают до предельного вертикального положения. Регулируемый упор 11 отжимают до предела. Кольцо или группа кольцевых обрабатываемых деталей 3 устанавливается на параллельно расположенные опорные валки 1 и 2. Регулируемый упор 11 отпускается и под действием пружины фиксирует положение кольцевой обрабатываемой детали 3 относительно осей опорных валков 1, 2. После установки кольцевой обрабатываемой детали 3 пластины 10 с деформирующим валком 4 опускаются до контакта с обрабатываемой деталью. Винт 14 поворачивается до соприкосновения с планкой 12, как показано на фиг. 2. Гайка-барашек 13 завинчивается до тех пор, пока радиальное усилие, регистрируемое терминалом или персональным компьютером от поступающих с динамометров 6 сигналов, не достигнет требуемой величины. Если динамометры 6 показывают разное значение, то перемещают регулируемый упор 11 так, чтобы показания динамометров были одинаковые. После фиксации гайки-барашка 13 ведущему опорному валу 1 начинает передаваться вращение от электродвигателя или иного источника вращательного движения с постоянной частотой вращения. Происходит процесс многоцикловой обкатки обрабатываемой детали 3. После завершения полного цикла обработки в обратном порядке производятся действия, аналогичные действиям при установке. После подъема деформирующего валка 4 с пластинами 10 обрабатываемая деталь 3 извлекается из рабочей зоны, а на ее место устанавливают новую деталь.The operation of the device is as follows. Initially, the screw 14 with the nut 13 and the wing nut 15 is in the free position. The plate 10 together with the deforming roller 4 is rotated to the maximum vertical position. Adjustable emphasis 11 is pressed to the limit. A ring or a group of ring workpieces 3 is mounted on parallel supporting rolls 1 and 2. The adjustable stop 11 is released and, under the action of a spring, fixes the position of the ring workpiece 3 relative to the axes of the support rolls 1, 2. After installing the ring workpiece 3, the plate 10 with a deforming roll 4 are lowered to contact with the workpiece. The screw 14 is rotated in contact with the bar 12, as shown in FIG. 2. The wing nut 13 is screwed until the radial force recorded by the terminal or personal computer from the signals received from dynamometers 6 reaches the required value. If the dynamometers 6 show a different value, then move the adjustable stop 11 so that the dynamometers readings are the same. After fixing the wing nut 13 to the driving support shaft 1, rotation begins to be transmitted from the electric motor or other source of rotational motion with a constant speed. There is a process of multi-cycle break-in of the workpiece 3. After completion of the full cycle of processing in the reverse order, actions similar to those during installation are performed. After lifting the deformation roll 4 with the plates 10, the workpiece 3 is removed from the working area, and a new part is installed in its place.

Как видно, устройство просто в конструкции и управлении. Так как наличие двух динамометров 6 обеспечивает симметричное нагружение детали и точную установку требуемого значения силы воздействия опорных валков 1, 2 и деформирующего валка 4 на обрабатываемую деталь 3, то это гарантирует высокое качество обработки и стабильность получаемых результатов. Тем самым решается поставленная задача.As you can see, the device is simple in design and control. Since the presence of two dynamometers 6 provides symmetrical loading of the part and the exact setting of the required value of the force of action of the support rolls 1, 2 and the deformation roll 4 on the workpiece 3, this ensures high quality processing and the stability of the results. This solves the problem.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в следующем.The technical and economic efficiency of the proposed device is as follows.

1. Упрощение конструкции устройства для стабилизации геометрических параметров деталей типа колец и снижение себестоимости его изготовления.1. Simplification of the design of the device to stabilize the geometric parameters of parts such as rings and reduce the cost of its manufacture.

2. Повышение стабильности результатов обработки.2. Improving the stability of processing results.

3. Простота практического использования устройства, экономия энергии и других производственных ресурсов.3. Ease of practical use of the device, saving energy and other production resources.

4. Возможность использования установки для отработки рациональных режимов стабилизации кольцевых деталей.4. The possibility of using the installation for practicing rational modes of stabilization of the ring parts.

Пример. Опытный образец заявляемого устройства был применен для стабилизации геометрических параметров деталей типа наружного кольца подшипника 36019К6 (ГОСТ 831-75) с наружным диаметром D_к=24 мм. Режимы обработки устанавливали в соответствии с рекомендациями, изложенными в патенте RU на изобретение №2478031 (Королев А.В., Королев А.А., Королев А.А.). Предварительно с помощью регулируемого упора 11 устройство настраивали так, чтобы оба динамометра 6 показывали одинаковые значения. Кольцо устанавливали в устройство между валками и закручивали гайку-барашек 13 до тех пор, пока величина силы давления по показаниям с динамометров не достигнет величины F=1700 Н. После чего включали вращение ведущего опорного вала 1, который исходя из требуемой частоты вращения кольца n_к=150 об/мин и диаметра валка D_в=80 мм должен вращаться с частотой 45 об/мин. Обработку производили в течение времени Т-24 с, за которое кольцевая деталь совершала 60 оборотов, чтобы произошла полная стабилизация геометрических параметров детали. Качество стабилизации геометрических параметров после завершения вибромеханической обработки детали было оценено с помощью кругломера системы Talyrond, фирмы «Taylor Hobson». Измерение показало уменьшение геометрических параметров: отклонения от круглости, гранности и волнистости.Example. A prototype of the claimed device was used to stabilize the geometric parameters of parts such as the outer ring of the bearing 36019K6 (GOST 831-75) with an outer diameter of D _to = 24 mm. Processing modes were set in accordance with the recommendations set forth in RU patent for invention No. 2478031 (Korolev A.V., Korolev A.A., Korolev A.A.). Previously, using the adjustable stop 11, the device was adjusted so that both dynamometers 6 showed the same values. The ring was installed in the device between the rollers and the wing nut 13 was tightened until the pressure force, according to the dynamometer readings, reached F = 1700 N. Then, the rotation of the driving support shaft 1 was started, which, based on the required ring speed n _, = 150 rpm and roll diameter D _in = 80 mm should rotate at a frequency of 45 rpm. Processing was carried out for a T-24 s time, during which the annular part made 60 revolutions so that the geometrical parameters of the part were completely stabilized. The quality of the stabilization of the geometric parameters after the completion of the vibromechanical processing of the part was evaluated using the Talyrond system circular gauge, Taylor Hobson. The measurement showed a decrease in geometric parameters: deviations from roundness, facetness and waviness.

Claims

A device for running in annular parts, comprising a bed with supporting and deforming rolls placed thereon, a rotation mechanism of the workpiece and a loading mechanism, characterized in that the support rolls are made in the form of two rolls, the axes of which are fixed on the bed, while one backup roll is leading and connected to a rotation drive, the deformation roller is mounted with the possibility of rotation of its axis around a fixed axis, mounted on the frame using dynamometers, and the loading mechanism is made in ie a screw mechanism adapted to be pressed against the deformation of the roll to the workpiece with a force fixed by the said dynamometer.